Beim Programmieren liegen Spass und Frust nahe beieinander - und den Unterschied macht Ihr Einsatz. Ich verspreche Ihnen vorweg so viel: Es ist keine Zauberei. Alle können programmieren lernen.

Computerprogramme bestehen aus einer Reihe von Anweisungen, die in einer bestimmten Reihenfolge ablaufen, so wie Sie es bereits mit dem “Little Man Computer” simuliert haben. Zum Glück ist das Programmieren heute jedoch komfortabler, weil wir Programmiersprachen verwenden, die eine menschliche Syntax bieten und uns von der direkten Speicherverwaltung entlasten. Python ist eine besonders weit verbreitete Programmiersprache, die sich dank ihrer einfachen Syntax, Erweiterbarkeit und Lesbarkeit durchgesetzt hat.

Um zu verstehen, was eine Programmiersprache für uns tut, können Sie sich daran orientieren, was im “Little Man Computer” alles mühsam war.

• Wir mussten uns Speicheradressen als Zahlen merken 😑 Wenn sich das Programm verlängert hat, mussten wir diese Zahlen überall anpassen 🤬
• Wir konnten nie unsere Lösungen wiederverwenden 😥 Z.B. haben wir die Multiplikation gelöst, aber dann für die Fakultät mussten wir wieder von vorne beginnen, obwohl das eine Multiplikation ist! 🥵
• Die Befehle waren Zahlen, die man sich merken musste 🤯

Eine Programmiersprache löst all diese Probleme, indem sie vom Machinencode abstrahiert. Wir müssen uns nie mehr eine Speicheradresse merken, können Dinge wiederverwenden und Befehle als Wörter schreiben. 🥳🙌

Ein minimalistisches Python-Programm

Beginnen wir mit einem kurzen Python-Programm aus zwei Linien. Führen Sie das gern einfach mal aus indem Sie auf “▶️ Run” drücken, dann besprechen wir den Inhalt.

Hier wird ein Name gespeichert und dann als Teil eines Satzes wieder ausgegeben.

• Das Programm wird Schritt für Schritt ausgeführt, wie im LMC.

• Auf Linie 1 wird im Speicher eine Variable name erstellt und in ihr wird der Wert "Melanie" gespeichert. Wir sehen:
  • Wir müssen uns keine Speicheraddresse merken!
  • Ein Gleichheitszeichen = in Python ist kein Vergleich, sondern ein Befehl, der der Variabel einen neuen Wert zuweist.
• Auf Linie 2 wird der Wert der Variable name in einen Satz eingefügt und mit print(…) ausgegeben. Einen solchen Befehl nennen wir eine Funktion. Wir sehen:
  • Variablen und Funktionen sind unterschiedliche Dinge: Variablen speichern etwas, Funktionen tun etwas.
  • Funktionen erkennt man an den runden Klammern, in denen man der Funktion Werte zur Weiterverarbeitung übergeben kann, z.B. print("Gebe diese Satz aus").
  • Man kann in Python verschiedene Zeichenketten einfach mit einem + zu einer Zeichenkette aneinanderketten.

Jetzt ändern wir das Programm ab, dass die Variable name nicht einen vordefinierten Wert speichert, sondern dass unsere User nach ihrem Namen gefragt werden und ihre Eingabe in der Variable name gespeichert wird. Das tönt kompliziert, aber tatsächlich übernimmt die Funktion input() die ganze Arbeit.

name = input("Bitte geben Sie Ihren Namen ein:")
print("Schön, dass Sie da sind, " + name + "! Willkommen!")

Daraus lernen wir:

• Der Wert für die Variable name wird nun von der Funktion input(...) geliefert. Das heisst: Funktionen können Werte nicht nur in den Klammern entgegennehmen (“Bitte geben Sie Ihren Namen ein”) und verarbeiten (ein kleines Fensterchen mit diesem Satz anzeigen), sondern auch einen Wert zurückgeben. Funktionen können also alle Stationen des EVA-Prinzips.

Unser Programm mit bestehenden Bibliotheken erweitern

Sie sind sicher einverstanden, dass wir nur wissen, was die Funktionen input(...) und print(...) machen – aber wir haben keine Ahnung, wie sie tatsächlich funktionieren. Jemand hat diese Funktionen für uns programmiert und wir gebrauchen sie einfach. Das ist im Programmieren ganz oft so, dass wir auf bestehendem Code aufbauen.

input(...) und print(...) gehören zum Standard-Repertoire von Python. Aber man kann die Sprache noch viel weiter erweitern mit Modulen, Paketen und Bibliotheken aus aller Welt.

Für diesen Einstieg werden wir eine Bibliothek namens “turtle” verwenden. Mit diesem Paket können wir einfache Zeichnungen erstellen und so visuell programmieren lernen. Beginnen wir damit, die Turtle-Bibliothek zu importieren:

import turtle

Durch den Import der Turtle-Bibliothek haben wir nun Zugriff auf alles, was darin enthalten ist. Damit können wir jetzt eine Schildkröte erstellen und ihr einen Namen geben. Wir nennen unsere Schildkröte “eva”, weil das kurz und bündig ist:

eva = turtle.Turtle()

Nun können wir eva sagen, was sie tun soll. Beispielsweise können wir ihr sagen, dass sie 80 Schritte vorwärts gehen, sich um 60° nach rechts drehen und dann wieder 60 Schritte vorwärts gehen soll:

eva.forward(80)
eva.right(60)
eva.forward(60)

Alles zusammen sieht dann so aus. Sie können das Programm ausführen, indem Sie auf “▶️ Run” drücken.

Mit diesen wenigen Zeilen Code können Sie Ihrer Schildkröte “eva” also bereits einfache Anweisungen geben und Zeichnungen erstellen.

Python lokal installieren

Falls wir das noch nicht getan haben, installieren Sie bitte auf Ihrem Computer Python und unseren Programmier-Editor Visual Studio Code. Eine Anleitung dazu finden Sie in den FAQs.

Von einer Programmiersprache zu Bit und Bytes

Wie wird der Code einer Programmiersprache zu den Bits und Bytes, die der Computer ausführt? Der Ablauf lässt sich so darstellen:

1. Quellcode in einer Programmiersprache: Das ist der von Ihnen geschriebene Code in Sprachen wie C, C++, Rust oder Go (kompilierte Sprachen) oder in Sprachen wie JavaScript oder Python (interpretierte Sprachen). Diese Sprachen sind für Menschen gut lesbar und folgen klar definierten Syntaxregeln.
2. Kompilierung oder Interpretierung:
   • Kompilierung: Ein Compiler übersetzt den gesamten Quellcode einer kompilierenden Sprache (z. B. C, C++) in Maschinencode. Das Ergebnis ist eine ausführbare Binärdatei, die direkt von der CPU ausgeführt werden kann, wodurch Programme sehr effizient und schnell ablaufen.
   • Interpretierung: Bei interpretierten Sprachen (Python, Javascript, Java) wird Ihr Programm nicht in Maschinencode für Ihren Prozessor übersetzt und dann ausgeführt. Stattdessen läuft ein Programm names “Interpreter”, das Ihr Programm in einer “virtuellen Maschine” ausführt. Alle Leute, die ein normales Python-Programm ausführen wollen, müssen Python installiert haben - und damit diesen Interpreter.
3. Assemblercode: Bei vielen kompilierenden Sprachen wird der Code zunächst in eine niedrigere Abstraktionsebene, den Assemblercode, übersetzt. Dieser Code ist näher an der Maschinensprache und verwendet eine spezifische Anweisungssprache, die die CPU versteht, jedoch noch nicht direkt ausführbar ist.
4. Maschinencode: Der Maschinencode ist die niedrigste Ebene der Programmiersprachen und besteht aus einer Abfolge von Binärcodes (nur aus den Zahlen 0 und 1). Wir haben eine vereinfachte, dezimale Version davon im “Little Man Computer” simuliert.